Guide d’introduction aux fusibles électriques
Ce guide vous aide à comprendre le fonctionnement des fusibles, les différents types de fusibles disponibles sur le marché, les différentes normes des fusibles et ce que vous devez rechercher lors de l’achat d’un fusible. Ce guide est destiné à aider les amateurs et les ingénieurs expérimentés à choisir le fusible adapté à leurs applications.
Un fusible électrique est un appareil inclus dans un circuit pour protéger votre câblage et les composants du circuit. Il protège vos appareils en limitant le courant excessif qui les traverse lors d’une surcharge ou de conditions de défaut telles qu’un court-circuit ou une mise à la terre. Un fusible comprend une ou plusieurs liaisons fusibles enfermées dans un tube et connectées à une borne de contact. La résistance électrique de ces liaisons fusibles est si faible qu’ils agissent (normalement) comme un conducteur. Ces fusibles doivent être connectés en série avec chaque conducteur de phase pour permettre au courant de circuler à travers celui-ci. Pour chaque fusible, le fabricant mentionne la valeur nominale (généralement en ampères), qui détermine la quantité maximale de courant que le fusible transporte sans ouverture. Lorsque l’intensité du courant du circuit dépasse cette valeur, la liaison fusible fond en raison de la chaleur générée par l’intensité du courant et ouvre le circuit.
Figure 1 : Un fusible électrique (image reproduite avec autorisation : LITTELFUSE)
La vitesse du fusible correspond au temps nécessaire à sa rupture. Cela dépend du matériau de l’élément fusible, du courant de surcharge et de la température ambiante. Voici les types de fusibles en fonction de la vitesse de fusion :
Il existe trois catégories principales de fusibles disponibles sur le marché en fonction des différentes exigences, qui sont les suivantes :
Figure 2 : Fusibles cartouches (image reproduite avec autorisation : SCHURTER)
les fusibles cartouches sont très populaires dans la plupart des applications industrielles et commerciales car ils offrent une plus large gamme de types, tailles et valeurs nominales. L’élément fusible de ces fusibles est enfermé dans un tube en verre ou en céramique et fixé aux capuchons fermement fixés au corps du fusible. Ces fusibles sont faciles à remplacer et peuvent être évalués à des tensions jusqu’à 1 500V et ont une valeur nominale d’interruption de 600mA à 200kA.
Figure 3 : Fusibles HRC (image reproduite avec autorisation : Eaton Bussmann)
également connus sous le nom de fusibles à haute capacité de rupture, les fusibles cartouches HRC sont utilisés dans les systèmes haute tension jusqu’à 11kV et sont disponibles dans des plages allant jusqu’à 350A. Ils protègent les systèmes HT, y compris les transformateurs, les groupes de condensateurs, les câbles et les lignes électriques aériennes, contre les courts-circuits.
Figure 4 : Fusibles automobiles (image reproduite avec autorisation : Littelfuse)
ils protègent divers composants électriques et électroniques, tels que les phares, les essuie-glaces, les avertisseurs sonores et les pompes à carburant. Dans les véhicules d’aujourd’hui, les fusibles les plus courants sont les fusibles à lame. Les fusibles avec corps en céramique et bornes à visser sont couramment utilisés. Cependant, certains véhicules plus anciens utilisent encore des fusibles cartouches. Les fusibles à lame sont disponibles en trois types : la lame standard, le mini-fusible et le maxi-fusible. Le mini-fusible est le appareil de protection de circuit le plus couramment utilisé. Les mini-fusibles sont disponibles dans des valeurs nominales de 5 à 30A. Le maxi-fusible remplace avantageusement le câble de la liaison fusible. Il est utilisé dans les circuits à courants de fonctionnement élevés Les maxi-fusibles sont disponibles en valeurs nominales de 2 à 100A. La plus courante est 30A. Les fusibles à visser sont utilisés dans les véhicules hybrides, électriques ou conventionnels pour la distribution de l’alimentation et ont des intensités nominales élevées de 80 à 350A.
Figure 5 : Fusibles avec indicateur d’alerte (image reproduite avec autorisation : Eaton)
les fusibles avec indicateur d’alerte sont dotés d’un mécanisme intégré qui active un contact d’alerte lorsque le fusible saute. Ils sont conçus pour réduire les temps d’arrêt en identifiant immédiatement le circuit défectueux. Les fusibles avec indicateur d’alerte sont utilisés dans les machines-outils, les ordinateurs, les circuits de commande et les équipements de télécommunications.
Figure 6 : Fusibles industriels et électriques (image reproduite avec autorisation : Siemens)
ces fusibles ont des valeurs nominales d’interruption élevées et protègent les systèmes tels que les transformateurs de puissance, les transformateurs de distribution, les transformateurs d’instruments et les applications photovoltaïques, où les disjoncteurs peuvent ne pas protéger le système. Ils vont jusqu’à 1,5kV.
Figure 7 : Fusibles thermiques (image reproduite avec autorisation : Bourns)
les fusibles thermiques, également connus sous le nom de disjoncteur thermique (TCO), sont similaires aux fusibles ordinaires, à l’exception qu’ils ouvrent un circuit électrique lorsqu’ils dépassent une température spécifique plutôt qu’une certaine amplitude de courant. Deux types principaux de fusibles thermiques sont disponibles : à usage unique et réarmables. Les fusibles à usage unique coupent de façon permanente le circuit une fois déclenchés par la chaleur et doivent être remplacés. Les applications courantes incluent les appareils électriques tels que les machines à café, les sèche-mains, les moteurs, les cuisinières, etc. Les fusibles thermiques réarmables peuvent se réinitialiser automatiquement une fois la température refroidie. Ils sont moins courants, mais peuvent être utilisés dans des applications spécifiques où le réarmement est bénéfique.
Figure 8 : Fusibles pour circuit imprimé (image reproduite avec autorisation : BEL Fuse)
ils empêchent les composants électroniques sensibles des cartes de circuits imprimés d’être endommagés par les courts-circuits, les courants d’appel et les transitoires de tension. Ils sont utilisés dans les chargeurs de batterie, l’électronique grand public, les alimentations, les contrôleurs industriels, etc. Les fusibles pour circuit imprimé sont disponibles avec des options de câble axial et de câble radial.
Figure 9 : Fusibles CMS (image reproduite avec autorisation : Panasonic)
sont conçus pour les applications de technologie à montage en surface (TMS). Ces fusibles sont montés directement sur les circuits imprimés et protègent les composants sensibles des conditions de surintensité. Leur taille compacte et leur conception à montage en surface les rendent parfaits pour les applications à espace limité telles que les smartphones, les tablettes, l’éclairage à LED et les unités de commande automobiles.
Figure 10 : Fusibles pour semiconducteurs (image reproduite avec autorisation : SIBA)
Fusibles pour semiconducteurs : ils sont très rapides et sont souvent appelés fusibles I2T. Ils protègent les semiconducteurs de puissance tels que les diodes, SCR, GTO et IGBT contre les effets d’un court-circuit. Ils sont dotés d’une caractéristique de déconnexion ultra-rapide, plus rapide que celle des fusibles HRC basse tension conventionnels. Ils sont utilisés dans les liaisons DC, les convertisseurs de puissance, les systèmes d’alimentation sans coupure et les démarreurs progressifs pour les moteurs.
Figure 11 : Fusibles pour semiconducteurs (image reproduite avec autorisation : Littelfuse)
ils offrent une alternative de protection contre les surintensités réarmables, réduisant ainsi les coûts de garantie, d’entretien et de réparation. Les fusibles PPTC conviennent aux applications où des surintensités fréquentes se produisent, ou des temps de fonctionnement constants, telles que l’électronique grand public, les lignes électriques, les télécommunications, l’automobile, les ports d’E/S, le contrôle des processus et les applications de protection des équipements médicaux.
Le choix du fusible adapté à une application particulière implique de nombreux facteurs, dont :
Courant nominal : il est défini comme le courant maximal pouvant circuler à travers l’élément fusible en continu sans dépasser les températures autorisées. Lors du choix d’un fusible, il est recommandé que l’intensité nominale soit aussi proche que possible du courant de fonctionnement standard du système.
Tension nominale : il s’agit de la tension de fonctionnement maximale autorisée du fusible dans des conditions de fonctionnement sûres. La tension nominale du fusible doit être égale ou supérieure à la tension du circuit disponible. Le dépassement des tensions nominales ou l’utilisation d’un fusible AC dans un circuit DC peut entraîner une défaillance grave du fusible.
Température ambiante : le test de la capacité de transport de courant des fusibles est effectué à 25°C et dépend de la température ambiante. Une température ambiante plus élevée réduit la capacité de courant et raccourcit la durée de vie du fusible. Par conséquent, travailler à une température relativement basse peut prolonger la durée de vie d’un fusible.
Chute de tension : fait référence à la chute de tension générée par un fusible lorsque le courant nominal le traverse, reflétant la capacité de la résistance interne du fusible. La chute de tension d’un fusible doit être aussi faible que possible pour réduire les pertes de puissance.
Pouvoir de coupure : le pouvoir de coupure est la valeur du courant de coupure potentiel qu’un élément fusible peut supporter à une tension spécifiée.
Valeurs nominales l2t : On parle également d’intégrale de fusion d’un fusible. Ce paramètre est lié à l’énergie utilisée par le fusible pour effacer l’événement de surintensité électrique (EOC). I2t est l’énergie thermique nécessaire pour faire fondre un élément fusible spécifique. Elle est déterminée par la construction, les matériaux et la section transversale de l’élément.
Un porte-fusible est un boîtier utilisé pour insérer le fusible dans les circuits électriques et électroniques. Bien qu’il ne soit pas nécessaire d’utiliser un porte-fusible à chaque fois, l’installation du fusible est plus simple si vous en utilisez un. Il devient également plus facile de retirer le fusible et d’isoler le circuit pour effectuer des travaux de maintenance.
Les eFuses, ou fusibles électroniques, sont des circuits conçus pour remplacer les fusibles conventionnels ou d’autres appareils de protection tels que les fusibles PPTC. Ils sont logés dans de petits emballages en plastique et comprennent un circuit de commande et un commutateur à faible résistance à l’état passant qui relie le port d’entrée à la charge. Le fusible électronique offre une protection beaucoup plus rapide et précise et n’a pas besoin d’être remplacé après son activation. Ces fusibles sont utilisés dans les serveurs, les disques durs/SSD, les commutateurs réseau, les contrôleurs industriels et les appareils ménagers.
Les fusibles sont soumis à diverses normes en fonction de la région et de l’application. Les normes UL 248, CSA22 et NEC sont principalement utilisées aux États-Unis. La norme CEI 60127 est la norme de sécurité pour les fusibles destinés à un usage international. De plus, certaines normes spécifiques aux applications, telles qu’ISO 8820, SAE J554 et JASO D612, sont utilisées pour l’automobile, CEI 60269-4 pour la protection des semiconducteurs, UL 248-19 et CEI 60269-6 pour les systèmes photovoltaïques.
Les fusibles de classe CC sont conçus conformément aux normes nord-américaines UL 248-4 et CSA 22.2 pour la protection des circuits de dérivation. Ces fusibles cylindriques mesurent 13/32’’ x 1 1/2’’ et offrent une capacité de coupure nominale élevée de 200kA avec 600V AC, avec des courants nominaux jusqu’à 30A. Les fusibles de classe CC sont parfaits pour protéger les circuits de dérivation relativement petits dans les alimentations haute puissance. Ces liaisons pour fusibles sont dotées d’une pointe de rejet de petit diamètre sur le capuchon de contact, ce qui les distingue visuellement des fusibles cylindriques.
Farnell Electronics propose une gamme complète de fusibles et d’accessoires associés pour les applications automobiles, électroniques et industrielles au meilleur prix des principaux fournisseurs. La gamme de produits comprend des assortiments de fusibles, des porte-fusibles, des tiroirs de fusibles, des douilles de fusibles, des kits de conception de fusibles, et des extracteurs de fusibles, ce qui facilite l’installation et le remplacement des fusibles.
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